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如何實現以水代油淬火冷卻

來源:未知 佚名 2019-03-07 浏覽次
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  淬火油是長期以來熱處理淬火工藝中應用最廣的冷卻介質。淬火油雖然具有許多獨特的冷卻特性,但同時也存在消耗能源、污染環境和火災隐患等問題。首先,淬火過程中消耗的淬火油是寶貴的石油資源。據調查,2010 年我國熱處理行業消耗的礦物油達 1.2×105 t 以上,折合标準煤 2.1×105 t,換算電力近 52 億度。可見這個能耗量是相當驚人的。同時,被消耗的礦物油,絕大多數轉化成油煙被排放在大氣中,全行業排放油煙達 8×107 m3/年,其中含有大量一氧化碳和二氧化硫,成為熱處理過程中最重要的污染源。再有,熱處理行業的火災事故,絕大多數是由礦物油所引起的。另外,由于礦物油的冷卻能力所限,常常無法滿足某些低碳工件的淬火硬化要求,使其應用範圍受到一定的限制。

  能否以水代油作為淬火介質,并實現淬火冷卻的節能、環保、安全的目标?與淬火油相比,水的冷卻特性有兩個很大的不同點: 一是膜沸騰周期過長,使其泡沸騰曲線難以躲過大多數鋼材“C”曲線的鼻子尖; 二是底部冷速過快,使工件在冷卻過程中産生較大的應力,增大變形和開裂的風險。因此,以水作為淬火介質取代淬火油的技術關鍵,就是設法克服水的這兩種冷卻特性。嚴格說來,水自身的冷卻特性是無法改變的,但卻可以通過控制工件與水的接觸時機和方式來獲得所需的冷卻效果。實踐已表明,局部采用水/空交替的冷卻方式,是一條實際運用的可能途徑。但是,經驗也證明,以水代油淬火冷卻存在較大的變形和開裂風險,而這些風險不能僅僅依靠盲目的工藝實驗來确定和排除,因為盲目工藝實驗的成本太高。因此,熱處理過程的數值模拟,是推廣以水代油淬火技術的一個必要的前期工作。

  要真正獲得理想的淬火效果,需要具備以下一些關鍵條件:

  1. 以水代油淬火的冷卻系統,需要具備氣冷、霧冷、噴水、浸水及組合/交替等冷卻功能。這就要求系統配置不同特性的噴射單元和各自的介質通道,并配備能夠快速響應的電動或者氣動閥門,以實現淬火槽的快速注水或排空。

  2. 通過實驗獲得水在不同條件下的冷卻能力數據庫,通過模拟并經工藝驗證建立工藝數據庫。現在國際上已有比較成熟的熱處理模拟軟件,可以通過對工件在淬火冷卻過程中溫度場、組織場和應力場及其耦合關聯的虛拟計算,推導出可行的冷卻工藝,從而簡化工藝實驗過程,避免不必要的損失和浪費。

  3. 建立智能型淬火冷卻系統,可以靈活切換并精确控制工藝裝備,所謂精确控制,是指通過控制程序和相關控制器件,對淬火過程中空氣、水等淬火介質的流動形态、流量、壓力、溫度、時間等關鍵參數進行設置和執行,實行精準到秒的快速響應,使系統冷卻能力覆蓋從空氣冷卻直至近似鹽水冷卻的全部範圍,以滿足多種工件的淬火冷卻需求。

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